La tecnología de memoria SOT-MRAM sostenible podría reemplazar la memoria de caché en la arquitectura de la computadora en el futuro

¿Cuánta energía se consume cada vez que cargamos una imagen en las redes sociales, que se basa en centros de datos y almacenamiento en la nube? Los centros de datos actualmente representan aproximadamente el 1% del consumo de energía global, que ascienden a 200 horas de electricidad terawatt anualmente. Esta inmensa demanda de energía ha llevado a los investigadores a explorar formas innovadoras de reducir el uso de energía.

Un equipo de científicos de la Universidad de Johannes Gutenberg, Mainz (JGU) en Alemania, ahora ha logrado un objetivo significativo en la tecnología de memoria en estrecha colaboración con Antaios, una compañía de memoria de acceso aleatorio magnético en Francia. Su innovación, basada en la memoria de acceso aleatorio magnético (MRAM) de torque de órbita giratoria (SOT), ofrece una solución altamente eficiente y potente para el procesamiento y el almacenamiento de datos, un paso transformador para tecnologías que van desde teléfonos inteligentes hasta supercomputadoras.

«Este prototipo es único y podría revolucionar el almacenamiento y el procesamiento de datos. Se alinea con los objetivos globales para reducir el consumo de energía y allane el camino para soluciones de memoria más rápidas y eficientes», dijo el Dr. Rahul Gupta, un ex investigador postdoctoral en el Instituto JGU Institute of Physics, donde supervisó la investigación y el autor principal del estudio recientemente publicado en Comunicaciones de la naturaleza.

SOT-MRAM se destaca por su eficiencia energética superior, no volatilidad y rendimiento en comparación con la RAM estática, por lo que es un candidato fuerte para reemplazar la memoria de caché en la arquitectura de la computadora, por ejemplo. Esta tecnología de vanguardia utiliza corrientes eléctricas para cambiar los estados magnéticos, lo que permite el almacenamiento de datos confiable.

Sin embargo, un desafío clave ha sido reducir la alta corriente de entrada requerida durante el proceso de escritura al tiempo que garantiza la compatibilidad industrial. Esto incluye mantener suficiente estabilidad térmica para almacenar los datos durante más de 10 años y minimizar la energía requerida para realizar la tarea de almacenamiento.

Al explotar las corrientes orbitales previamente descuidadas, los investigadores de JGU y Antaios han desarrollado un material magnético único que incorpora elementos como el rutenio como un canal SOT, un componente fundamental de SOT MRAM, para mejorar significativamente el rendimiento. Su innovación incluye:

• una reducción de más del 50% en el consumo general de energía en comparación con las tecnologías de memoria existentes a escala industrial;
• un aumento del 30% en eficiencia, que permite un almacenamiento de datos más rápido y confiable;
• una reducción del 20% en la corriente de entrada requerida para el cambio magnético para almacenar los datos;
• El logro de un factor de estabilidad térmica que garantiza la longevidad del almacenamiento de datos de más de 10 años.

El secreto detrás de la memoria eficiente

El avance aprovecha un fenómeno conocido como el efecto de la sala orbital (OHE), lo que permite una mayor eficiencia energética sin depender de materiales raros o caros. Tradicionalmente, SOT-MRAM se basó en la propiedad de spinning de los electrones, donde la corriente de carga se convierte en corriente de giro a través del efecto Spin Hall. Este proceso requiere elementos con un alto acoplamiento de órbita giratoria, típicamente raro y costoso, a menudo ambientalmente hostil, materiales de alto número atómico como platino y tungsteno.

«En contraste, nuestro enfoque aprovecha un nuevo fenómeno fundamental al utilizar corrientes orbitales derivadas de las corrientes de carga a través del efecto del salón orbital, eliminando la dependencia de materiales costosos y raros», explicó el Dr. Gupta.

El Dr. Gupta explicó además que al combinar este enfoque innovador con ingeniería de última generación, el equipo ha desarrollado una solución escalable y práctica lista para la integración en la tecnología cotidiana. Esta investigación ejemplifica cómo los avances científicos pueden abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo. Con el consumo mundial de energía aumentando constantemente, los avances como este resaltan el papel crucial de la tecnología en la creación de un futuro más sostenible.

Colaboración industrial exitosa

El coordinador del proyecto JGU, el profesor Mathias Kläui enfatizó su entusiasmo por la colaboración exitosa con el equipo del Dr. Marc Drouard en Antaios en Francia, diciendo: «Estoy encantado de que este esfuerzo de colaboración haya resultado en este emocionante concepto de dispositivo, que no solo es fascinante desde Un punto de vista científico básico, pero podría tener implicaciones en la industria para la TI verde.

«Reducir el consumo de energía al descubrir mecanismos físicos innovadores que permiten el desarrollo de tecnologías más eficientes es uno de los objetivos de nuestra investigación».